光固化有机硅改性聚氨酯涂料研究与应用

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1、光固化有机硅改性聚氨酯涂料研究与应用时间:2005-07-04关键词:固化有机改性聚氨酯涂料研究应用来源：北京科技大学材料与工程学院李文波，王金伟，杨槐摘要：论述了有机硅改性聚氨酯涂料研究和应用的最新进展。并对新型光固化型有机硅改性聚氨酯涂料的研究进行了简单介绍。关键词：聚氨酯；有机硅；涂料；改性聚氨酯(PU)自20世纪40年代出现以来，在涂料、弹性体、泡沫塑料及粘合剂等方面均已获得广泛应用，是一种多功能的聚合物材料，也是发展最快的高分子材料之一。聚氨酯含有特征单元结构氨基甲酸酯键(—NH—CO—)，链中含有交替的软链段和硬链

2、段，使得其聚集态结构为多相结构，这决定了聚氨酯涂料优良的耐磨、柔韧等性能。然而单一的聚氨酯涂料在耐水性、光泽、硬度等方面还不够理想，通过改性可以使其获得更加优异的综合性能。聚氨酯的改性有两种方式：一种是通过简单的物理方法将具有互补特性的两种或多种树脂混合在一起；另一种是通过化学方法使产品具有两种或多种体系的特性。有机硅材料具有耐高低温、耐气候老化、耐臭氧、电绝缘、耐燃、无毒、无腐蚀和生理惰性等优异性能，因而是聚氨酯改性产品的理想材料。将有机硅用于聚氨酯的改性克服了聚氨酯材料的性能缺陷，是扩大聚氨酯应用领域的一条重要途径。本文探

3、讨了有机硅改性聚氨酯涂料的各种途径，并简要介绍了其应用。1溶剂型有机硅改性PU涂料溶剂型涂料目前在高档涂装如高级轿车、飞机蒙皮、精密仪表等领域还存在着广泛的应用。如孙道兴、刘香兰等人研究的有机硅改性聚氨酯摩托车涂料，其耐盐水、耐酸碱、柔韧性都有很大提高。田军、薛群基等研究了端羟基的聚二甲基硅氧烷与醇解蓖麻油改性聚氨酯预聚体在甲苯溶剂中的共混改性。共聚物成膜后，分子结构中的有机硅链段更倾向于在表面聚集取向，而聚氨酯链段朝向内层，这样使得共聚物膜的附着力、硬度、固化速度等力学性能得到改善；同时，其表面呈现低的表面能，其耐热性也得到

4、了提高。由聚氨酯预聚体、氨基硅烷或硅氧烷、聚有机硅氧烷增粘剂、含氢硅氧烷、有机溶剂等组成的涂料在氯铂酸催化下，(150—200)℃固化成膜，固化后的涂膜光滑、耐热、耐磨，对未经任何表面处理的硅橡胶有良好的粘接性。采用侧链含有多氨基官能团的硅油在溶剂中改性聚氨酯，这种硅氧烷在聚氨酯的合成过程中，侧链参加反应，硅氧烷链悬挂在聚氨酯的主链上，有利于硅原子向表面迁移，只需加入少量的氨基硅油就能改善聚氨酯的表面性质。吴迪、郭丽等按一定配比将合成的TDI聚氨酯加入有机硅树脂的醋酸乙酯溶液中，再加入二月桂酸二丁基锡充分搅拌，制得的聚氨酯有机

5、硅清漆具有常温固化的性能，而且不影响其良好的耐热性、耐候性及电绝缘等特性，涂膜耐多种酸、碱、盐和化学试剂的性能都有较大提高。溶剂型涂料体系更容易满足实际工艺的要求，如用作特殊的阻尼材料、光纤涂料、耐高温包线漆、军工方面的伪装涂料等，还很难被取代，具有广阔的发展前景。但是有机溶剂及残留异氰酸酯均有毒、易燃，严重污染环境，随着各国环保法规的确立和环保意识的增强，溶剂型聚氨酯体系中挥发性有机化合物(VOC)的排放越来越受到限制，人们对水性环保型有机硅改性PU涂料的开发越来越活跃。2水性有机硅改性PU涂料在环保要求驱动下，开发水性聚氨

6、酯、光固化聚氨酯、低粘度高固含量聚氨酯、粉末型聚氨酯涂料的研究十分活跃。水性聚氨酯涂料以水为分散介质，体系中无或很少存在有机溶剂，更适合日益严格的环保要求，所以目前水性涂料的发展得到了广泛的重视，国外这方面的报道也比较多。Janusz报道了含聚硅氧烷和聚氨酯的共聚物所制水性涂料具有潮态硫化的功能。Cooper等把氰乙基(一CH2CH2CN)基团引入到聚甲基硅氧烷中，得到以一NH2为端基，侧基上有一CH2CH2CN的硅氧烷(PCEMS)，将其作为软段，合成了聚硅氧烷一聚氨酯嵌段共聚物。王武生等用含环氧基的环氧硅氧烷进一步交联水基

7、聚氨酯微凝胶，提高了涂膜的力学性能。以聚醚(聚酯)多元醇、有机硅低聚物(PDMS)、多异氰酸酯、扩链剂为主要原料，制备有机硅共聚改性的聚氨酯乳液稳定性好，耐水性提高。硅氧烷链段可在乳液胶膜表面富集，对PU材料有明显的表面改性作用，而本体力学性能变化不大，作为顶层涂料，有很好的综合性能。以聚硅氧烷为软段合成的聚硅氧烷一聚氨酯嵌段共聚物，兼具有聚硅氧烷和聚氨酯两者的优异性能，表现出良好的低温柔顺性、介电性、表面富集性和优良的生物相容性等，克服了聚硅氧烷机械性能差的缺点，也弥补了聚氨酯耐候性差的不足，具有很好的发展前景。在聚硅氧烷中

8、引入脲键，可以提高软、硬段之间的相容性。体系中既有软段间的氢键作用，又有两相间的氢键作用，从而使该类材料的力学性能有明显提高。另外将聚硅氧烷和聚醚组成混合软段，亦是提高聚硅氧烷—聚氨酯嵌段共聚物力学性能的一种有效途径。3粉末有机硅改性PU涂料聚氨酯粉末涂料是由粉末状聚氨酯树脂